水泥土搅拌桩法施工在水池地基加固中的应用

李功琴

(马鞍山钢铁建设集团有限公司 安徽马鞍山 243000)

1 水泥土搅拌桩的发展概况及适用范围

水泥土搅拌桩是“深层”搅拌桩的一种类型, 其搅拌法施工最早在美国研制成功，在我国也仅有十几年的历史；固化剂采用的有水泥浆液和干水泥粉，因此它有水泥浆搅拌与水泥粉喷两种施工方法。水泥浆搅拌采用硅酸盐水泥与水搅拌均匀的水化物,再利用注浆泵及深层搅拌桩桩机相结合，将水泥浆液随注浆管与钻杆提升、下降充分搅匀深层土体，水泥浆液与土体发生物化反应，水泥土固结相应地提高软土地基强度，此施工方法效果显著，可很快投入使用，适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土质。

2 水泥土搅拌桩法施工在地基加固中的应用

2.1 项目概况

某污水处理站工程调节水池，前期基坑西、南侧采用钻孔灌注桩加压顶围梁基坑支护施工，基坑土方开挖过程中，支护结构失效破坏；后期根据现场实际基坑踏勘情况，调节池结构调整，调节池南侧向北移3.50 m，东侧向东扩大3 m，北侧向北扩大9.5 m；调节池基础底板部分平底板、部分斜底板，其中西侧、南侧区域8 m宽底板局部标高抬高为-5.00 m，其余底板标高为-9.00 m(相当于吴凇高程0.5 m)。

2.2 项目场区地层及地质条件

根据中冶集团武汉勘察研究院有限公司提供的岩土工程勘察报告，本场地地面标高为12.35 m至13.36 m。地层自上而下分为：

依据中冶集团武汉勘察研究院有限公司提供的工程勘察报告，本场地地面标高为12.35 m至13.36 m；地层自上而下分别为：Qml ①1杂填土松散、①2碎石素填土松散～稍密、③1 粉质粘土可塑、③2 淤泥质粉质粘土流塑、③3 粉质粘土软塑、④1 粉质粘土可塑、④2 粉质粘土硬塑、⑥2 含碎石粉质粘土硬塑、J-K ⑨1 石英砂岩强风化、J-K⑨2 中风化。

根据地勘报告以及现场实际踏勘情况，调节池基坑东侧地表为高回填土区域，基坑南侧地表为碎石松填土区域，布设有高排架式煤气管架、电缆沟、距离调节池结构边线36.0m；基坑西侧地表为杂填土区域，布设有直径500mm的生产给水管道，距离调节池结构边线4.4 m，西侧稍远处布设有泵房、水池，深度约3.0m；基坑北侧地表为高起伏的强风化-中风化岩体开阔地。

2.3 施工方案设计与选择

1.东侧：边坡长约50m，基岩呈向南倾伏，向北逐渐抬高，在距离南侧20 m处在坑底出露。

Ⅰ区段：该段作大放坡处理后，在-4.6 m台阶采用深层搅拌水泥土搅拌桩作重力式挡墙，挡墙总宽7.2 m；基坑内侧-9.100 m标高处水平4 m范围内(被动土压区)采用水泥土搅拌桩地基加固。

Ⅱ区段:基坑边坡三级放坡。

2.南侧：边坡长约52 m，基岩埋深约20 m，基坑地基土层主要为淤泥质粘土和粉质粘土，力学性质差，上部有约4 m厚的回填土。对回填土夯实后采用深层水泥土搅拌桩法作地基加固，加固范围宽8.2 m，标高自-9.100 m--4.600 m呈斜坡状；在基坑内侧-9.100 m标高处水平4.5 m宽范围内(被动土压区)采用水泥土搅拌桩法地基加固。斜坡状地基加固范围在搅拌桩内插Φ16长2 m @500 mm钢筋，表面挂网喷素混凝土护面。

3.西侧：边坡长50.0 m，基岩向南倾伏，南端基岩埋深约20 m。

Ⅰ区段：对基坑边坡采用2级放坡，在上部台阶采用土钉+挂钢筋网喷射混凝土加固，基坑地基参照“DE段”采用水泥土搅拌法作地基加固，加固范围宽8.2 m，标高自-9.100 m--4.600 m呈斜坡状；在基坑内侧-9.100 m标高处水平4.5 m宽范围内(被动土压区)采用深层水泥土搅拌桩法地基加固。斜坡状地基加固范围在搅拌桩内插Φ16长2 m @500 mm钢筋，表面挂网喷素混凝土护面。

4.北侧边坡长约52 m，基岩向北逐渐抬高，基坑浅表土层1.0 m-1.8 m为含碎石粉质粘土，再往下皆为强、中风化的石英砂岩；此段基坑边坡采用2级放坡，基坑底部多为强、中风化岩层，故不作地基加固处理。

2.4 主要的施工技术方法与措施

整个水池地基加固工程以深层水泥土搅拌桩为主，搅拌桩采用双头搅拌机进行施工，搅拌桩直径700 mm，搅拌轴间距500 mm，搅拌桩之间搭接宽度为200 mm。采用普通硅酸盐水泥作固化剂，水泥掺量不小于13%，水灰比0.45，外加剂石膏，掺量为水泥掺量的2%。

1.施工顺序

基坑东侧北段放坡→基坑东侧南段水泥土搅拌桩施工→基坑南侧地基加固水泥土搅拌桩施工→基坑西侧地基加固水泥土搅拌桩施工→水泥土强度养护28天→基坑土方开挖

2.施工方法

(1)桩机平面定位、对中水泥土深层搅拌桩机进场前平整场地，利用全站仪测量定点，同步安排桩机就位、对中，桩位偏差≯5 cm，成桩的垂直度偏差≤1%。

(2)配备素水泥浆

根据设计指标要求配置素水泥浆，控制水泥浆的比重；水泥浆搅拌的时间≧3 min，对每罐浆体进行抽查检验，合格后方可泵送使用；已配备完好的水泥浆在注入临近的水泥浆池时，应密目筛过滤，防止浆体内结硬块，水泥浆搅拌至使用的最长时间控制在2 h内；注浆泵泵送压力严格控制在0.4 MPa-0.6 Mpa。

(3)搅拌沉桩

水泥土搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。待水泥土搅拌桩机的水系统循环调试正常后，启动搅拌电机，下放电机配重钢线绳，利用电机自重顺导向架一边下沉、一边切土搅拌。首次下钻时，为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40 min，喷浆压力不小于0.4 MPa。喷浆嘴到达起始标高，施工操作人员与质量检查人员、专业监理监理工程师等，共同进行机架、浆液喷嘴标高的复测确认，确认后方可注浆下钻。

(4)提升、喷浆同步搅拌

桩机搅拌轴刀口(浆液喷嘴)下钻到设计注浆加固标高后，启动注浆泵，按低挡位速度均匀的一边喷浆一边提升；为了保证水泥土搅拌桩体的完整性，控制注浆、停浆时段，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机头。提升、喷浆同步搅拌要连续作业，防止未喷浆进行提钻作业。

(5)复搅或复喷

桩机搅拌轴提升至设计注浆加固顶标高时，水泥浆池中的浆液应正好用尽2/3，为提高加固土体与水泥浆充分搅拌的均匀度，二次重复将搅拌轴刀口一边搅拌转动一边切土下沉，直至设计加固标高，再重复将搅拌轴刀口(将液喷嘴)提升至地面。第一次喷浆至加固土体顶面标高时，完成喷浆总量的60%，二次复喷完成剩余的40%浆量。

(6)移机换位

复喷、复搅结束，搅拌轴提升至自然地面后，及时将搅拌轴刀口粘裹的泥土清洗干净，包括浆液喷嘴清理疏通，随后移机换位循环重复先前工序。

3 施工质量控制与检验

水泥土搅拌桩的施工质量通过施工工序控制、过程施工记录、现场钻芯取样封存、龄期强度检验等，进行间接或直接的质量合格判定。

3.1 质量控制

(1)水泥浆液到达喷嘴时，待机喷浆30s后开始均匀搅拌下沉；搅拌提升至地面300 mm的位置，停止喷浆停留数秒时间，观察喷嘴浆液射流通畅情况；

(2)桩机下沉钻进不仅要根据土层地质资料，还可以参考下沉钻进过程中电机电流表的读数显示，明显上升，说明进入硬塑土层；如实际加固深度与设计加固深度不符时，应遵循以下原则：

达到设计加固深度，软弱土层仍未贯穿，继续下沉钻进，直至进入持力层500 mm以上为止。

未达到设计加固深度，下沉钻进便已到达硬土层，则至少进入进入持力层500 mm以上为止。

如遇实际加固深度与设计不符，应结合地勘报告分析原因；如出现大面积范围的加固深度不符时，应停止施工，报建设单位、设计、监理现场踏勘确认，二次设计变更；

(3)其他事项

进入现场施工的每台桩机都必须试钻，确认桩机的搅拌切土、喷浆提升等工艺。

注浆管要经常性检查，防止堵浆、漏浆，注浆管直径以49 mm-53 mm为宜；复喷、复搅时必须保证全长。

施工出现异常情况造成停机，应及时做好下沉、注浆标高标定；如因故停机超过3 h以上，为防止注浆管堵管，应立即进行注浆管路清洗；12 h内采取复喷、复搅处理措施，超过12 h的重新采取补位、补桩方案。

3.2 质量检验

(1)施工工序质量检验：包括水泥原材料复检，打桩施工时桩位平面位置偏差，加固桩体顶标高、底标高，桩体垂直度，注浆管喷浆提升速度、喷浆量均匀度等。

(2)过程施工记录：施工记录对照工艺标准，专人记录，数据真实可靠。

(3)钻芯取样：按照设计图纸及相关检验抽检比例，进行桩体随机取芯、全桩长实测实量，及时包裹封样，送至第三方检测机构。

(4)龄期强度检验：取芯桩体分段进行无侧限抗压强度试验，28天龄期抗压强度不小于1.0 Mpa，90天的龄期抗压强不小于1.2Mpa。

4 结语

1.调整后的调节水池地基加固——深层水泥土搅拌桩施工于2008年4月3日-2008年4月23日完成，直径700水泥土搅拌桩共计3218根(桩长平均为11.7m)。

2.调整后的调节水池地基加固——深层水泥土搅拌桩通过后期28 d的单根钻芯取样试验检测，单根桩体无侧限抗压强度值为1.0 MPa-1.2 Mpa之间，大于1.0 Mpa,符合相关规范要求。

3.调整后的调节水池地基加固——深层水泥土搅拌桩施工，解决了调节水池基坑土方开挖过程中的基坑边坡稳定、基坑底土体隆起等一系列问题；自本工程投产运行、功能考核至今，调节水池本体结构使用情况正常。

参考文献

[1] 建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)；

[2] 周拥军.“联合支护法”在超深基坑施工中的应用[J].安徽冶金科技职业学院学报，2015，4